动物行为学实验手册 | 学习记忆系列之情景记忆

也许你有过这样的经历，在谈话中提到某件事后，比如婚礼当天或葬礼，你会在精神上回到过去。一个单一的语言提示，各种记忆都可以涌入。关于情绪、天气、食物、客人的记忆，都可以用一个浓缩的叙述来表达。

讲故事是人类的一个基本方面，也是区分我们与其他动物的主要行为和认知特征之一。这一行为依赖于我们编码、存储和检索情景记忆的能力。当我们谈论生活中充满感官和情感细节的事件时，这些记忆就会变得丰富多彩且鲜活。

什么是情景记忆？

情景记忆是一种陈述性记忆，即外显记忆，可以有意识地访问和口头回忆。这种记忆系统最早由心理学家 Endel Tulving 在1972年提出，他将其定义为“接收和存储关于时间上的事件或事件的信息，以及这些事件之间的时空关系”的记忆系统。

这个概念源于语义记忆，这是陈述性记忆硬币的另一面。语义记忆涉及一般事实，例如历史事件、数学公式和类似的信息，这些信息并非本地化到经验的地点和时间。语义信息是从积累和抽象的情景记忆中发展而来的。

相比之下，情景记忆与特定时间特定地点发生的事情有关。通过在给定的时空背景下对事件的“何时”、“何地”和“什么”进行编码，情景记忆使我们具有重建和重新体验过去事件的独特能力。这包括最初存储记忆时存在的多模态感官信息。

情景记忆的双过程理论

情景记忆通常被理解为两个独立的过程：

• 回忆：回忆是引发检索与给定事件有关的这种多感官空间和时间信息的过程。这是关于一个对象或事件与其上下文相关的知识，例如它发生的时间或地点。

• 熟悉度：熟悉度是一种单维信号，允许对过去发生的事件进行简单判断。这涉及对对象及其特征的基本认识。

这被称为情景记忆的双过程理论。在这个框架中，回忆涉及记忆，而熟悉涉及了解，从而赋予记忆者一种古老的感觉。

神经影像学证据支持这些过程受到不同神经系统的支持。海马体的形成被选择性激活以进行回忆或联想记忆，而内嗅皮层和周围皮层参与基于熟悉度和基于项目的非联想记忆。

啮齿动物的情景式记忆评估

在啮齿动物中，情景记忆在实验室环境中难以测量，因为准确回忆取决于语言。然而，由于情景记忆被广泛地定义为体验的“什么”、“地点”和“时间”，因此已经开发出允许动物展示“情景样”记忆的任务。这些任务不需要有意识的言语回忆或主观时间中的自我意识的证据，这些标准来自前面提到的 Tulving 1972 年情景记忆定义。

何时何地任务

在何时何地范式中，评估动物对物体（什么）、其位置（哪里）和场合（何时）的记忆。总之，这些组件定义了一种独特的体验，并形成了一个单一的、集成的表示，用于灵活地指导以目标为导向的行为。与“何时何地”或“何时何地”范式相比，“何时何地”任务具有最严格的行为标准，因此它最适合确定非人类动物的情景行为。

为了证明对所有三个组成部分的成功记忆，大鼠必须表现出对熟悉物体的陌生物体的更多探索（新物体识别）以及对非位移物体的位移物体的增强探索（物体位置识别）。此外，大鼠必须表现出对时间顺序的记忆，如在测试阶段之前对呈现的物体的探索增加所表明的。

What-where-when 任务在很大程度上取决于海马体的完整性，并且与仅评估对象或其位置的熟悉程度的任务无关。

什么-哪里-哪个任务

已经发现啮齿动物对事件的时间方面的记忆力很差，因此相关的行为分析将“何时”组件替换为“哪个上下文”。这样，由“何时”定义的时间信息由事件发生的上下文信息或场合设置者“哪个”来表示。因此，这项任务中的啮齿动物不是记住事件的时间顺序，而是必须记住事件的特定场合，因为它是由环境中更广泛的背景（包括颜色、物体等）定义的，而无需使用基于熟悉度的检索策略。

一项评估啮齿类动物记忆的任务是电子迷宫。E-Maze 类似于Open Field迷宫，但它的形状像一个 E，三个尺寸相等的臂以垂直方式连接到一条小巷。该任务允许实验者操纵环境（地板和墙壁覆盖物）、物体及其位置。它利用了啮齿动物探索新环境的倾向，被视为新的对象-位置-上下文组合。

性能可以通过记录参数来衡量，例如啮齿动物找到非栖息地物体所花费的时间、转向已适应或非栖息地物体的次数（从起点看不到），以及探索时间。

这个迷宫的优点是不需要食物或水的剥夺，也不需要广泛的规则学习（这可能会诱发语义记忆而不是情节记忆）。虽然迷宫对影响记忆的疾病很敏感，但它需要多次试验才能得出任何结论，这可能是一个缺点。

上下文和序列鉴别任务

上下文和连续判别 (CSD) 任务用于评估情景式记忆，因为它与上下文和关联有关。

在 CSD 任务中，动物在两种不同的环境下在 4 孔板装置中寻找食物奖励。该任务由两个不同的阶段组成：获取和检索阶段。在获取阶段，动物学习两个上下文歧视，由持续几分钟的延迟分隔，具体取决于协议。每个上下文都可以通过诱饵孔的颜色、纹理和位置来区分。四个洞中只有一个是诱饵，但根据动物所处的环境而不同。

在测试阶段，小鼠暴露于它们在获取阶段所经历的两种环境之一。然后，随后测量上下文的表现和情景记忆。

记忆性能是通过动物探索不同洞的速度来评估的。具体而言，上下文记忆性能通过正确响应的数量来衡量，定义为在获取阶段所见的相同地板上下文上诱使的洞的入口数量。

除了处理异中心空间信息之外，CSD 任务同时测量灵活信息的记忆（使用上下文和时间线索）。虽然小鼠在分离采集和测试阶段的短时间间隔内对任何一种情况都表现出相同的性能，但长时间的延迟（约 24 小时）会产生性能差异。

也就是说，老鼠比第二个更准确地检索第一个上下文，表明内部线索在这项任务中的长期记忆表现中起着重要作用。老年小鼠和海马病变小鼠在记住第一个上下文时表现出障碍，但对第二个（最近的）上下文表现出保留的记忆。

串行气味任务

系列气味任务是一项无监督学习任务，可测试实验啮齿动物对嵌入序列中的嗅觉线索身份进行编码的能力。在这个范例中，老鼠首先习惯于按顺序排列的三对相同的气味。在暴露于该系列并延迟几分钟后，进行测试阶段以评估气味辨别能力。

在测试阶段，老鼠被呈现出一对新的气味，其中包含一种先前的气味和一种新的气味。气味探索是通过与熟悉的气味相比探索新气味所花费的时间来评分的。健康的老鼠比熟悉的气味更能探索新的气味，表明成功地回忆了已经出现的气味。连续的气味学习取决于从内嗅皮层到齿状回的外侧穿通通路的双侧功能。

情境恐惧调节程序

该线索的恐惧条件任务是一审判调节程序，以测试情节般的记忆。在这项任务中，小鼠或大鼠在一个新的调节笼中开始，在那里它们听到听觉音调和厌恶的、无条件的足部电击。动物将厌恶刺激与新环境和语气联系起来。以这种方式创建情境条件刺激涉及陈述性记忆过程，因为动物必须形成事件的综合、多感官表征。

在测试阶段，动物在延迟 24 小时或更长时间后再次放入原来的调节笼中，并测量冷冻反应。情境恐惧条件反射最初主要依赖于海马体，但几周后转变为主要依赖于皮质区域。这项任务在转基因阿尔茨海默病小鼠中受损，这些小鼠在海马形成和皮质区域显示出神经病理学。为此，除了可靠和可自动化之外，它还具有内在效度高的优点。

重复的反向和径向臂迷宫任务

重复的逆转任务类似于适用于小鼠的延迟匹配放置任务。在这项任务中，老鼠会在经典的Morris水迷宫环境中学习一系列空间位置。他们学会在给定位置可靠地逃到一个隐藏的平台上，然后平台被移动到一个新的位置。随着每日平台位置的变化，必须抑制较早位置的旧内存跟踪。因此，较早的位置在长期记忆中被编码为独特的事件，并且可能会干扰新的平台位置。因此，对于新平台位置的不太精确的记忆可能表现为无法快速了解新平台位置或无法抑制与先前平台位置相关联的长期记忆。

新平台定位学习的特点是节省分数，即日常训练开始和结束之间寻找平台的延迟差异。与健康对照相比，转基因阿尔茨海默氏症小鼠（APPswe/PS1dE9 和 PDAPP 品系）对新平台位置的偏好较低，对连续平台位置的整体学习速度较慢。这表现在连续几天在旧（参考）平台位置周围花费更多时间。

在径向水迷宫任务中，一个 6 臂径向臂迷宫被放置在与Morris水迷宫相同的开放池中。通过反复试验这项任务，老鼠学会回到包含隐藏平台的手臂。这种双赢策略增加了对动物海马依赖工作记忆系统的需求。此外，它在不需要抑制参考记忆的情况下评估空间记忆，如重复逆转任务中所见。

当动物游入不包含水下平台的手臂时，这将被视为错误。平台位置通常会在几天内发生变化，但在一天的多次试验中保持不变。因此，小鼠将在一天内的每次试验中学习平台包含在单个臂中的规则，但每天在不同的臂中。

参考引用

1. Tulving, E. (1972). Episodic and semantic memory. In E. Tulving & W. Donaldson, Organization of memory. Academic Press.

2. Dickerson, B. C., & Eichenbaum, H. (2010). The episodic memory system: neurocircuitry and disorders. Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology, 35(1), 86–104.

3. Conway MA. Episodic memories. Neuropsychologia. 47: 2305-13.

4. Lee I, Park S-B. Perirhinal cortical inactivation impairs object-in-place memory and disrupts task-dependent firing in hippocampal CA1, but not in CA3. Front. Neural Circuits. 2013;7

5. Aminoff, E. M., Kveraga, K., & Bar, M. (2013). The role of the parahippocampal cortex in cognition. Trends in cognitive sciences, 17(8), 379–390.

6. Eichenbaum H (2017) On the Integration of Space, Time, and Memory Neuron 95, 1007–1018.

7. Teyler, T. J., & DiScenna, P. (1986). The hippocampal memory indexing theory. Behavioral Neuroscience, 100(2), 147–154.

8. Smith D, Mizumori S. Hippocampal place cells, context, and episodic memory. Hippocampus. 2006;16:729.

9. Eichenbaum H. (2014). Time cells in the hippocampus: a new dimension for mapping memories. Nature reviews. Neuroscience, 15(11), 732–744.

10. Fletcher PC, Shallice T, Dolan RJ. The functional roles of prefrontal cortex in episodic memory. I. Encoding. Brain 1998; 121: 1239–48.

11. Yonelinas, A. P., & Ritchey, M. (2015). The slow forgetting of emotional episodic memories: an emotional binding account. Trends in cognitive sciences, 19(5), 259–267.

12. Béracochéa, D. (2005). Interaction Between Emotion and Memory: Importance of Mammillary Bodies Damage in a Mouse Model of the Alcoholic Korsakoff Syndrome. Neural Plasticity, 12(4), 275–287.